国科大|探寻高铁和DF-17的秘密——走进力学所实验室
【MBA中国网讯】2020年1月8日,我们有幸在工程科学院老师的带领下,参观了在高铁和DF-17项目中扮演重要角色的实验研究中心——中科院力学所先进轨道交通力学研究中心与高温气体动力学国家重点实验室。这里虽然没有直接制造这些大国重器,却是这些大国重器得以成功研发、运行的的重要实验研究基地。
JF12激波风洞参观
在学长的带领下,我们首先参观的是高温气体动力学国家重点实验室所属的,大名鼎鼎的JF12激波风洞,刚一进门,就被实验室的内那一条长不见尾的管道所吸引:这肯定就是JF12激波风洞的设备了!
看见大家都被设备吸引了过去,师兄连忙招呼我们先到门口旁边的设备模型那边去,设备太大,没办法来回跑着跟我们讲解,先通过模型,给我们讲讲整个设备的运行机制。
他说:“风洞,其实就是人工产生气流冲击模型的实验装置,你们现在看到的是目前全世界尺寸最大的风洞:JF12激波风洞。它可以模拟高度在25-50公里,速度在5-9马赫的气流(这个9马赫,其实就是9倍音速,即3062米/秒或11025千米每小时)。有些同学可能不理解这个速度是什么概念,我们乘坐普通航班从北京到纽约大概需要13个小时的时间,但如果你是以9马赫的速度飞过去的话,你只需要2个小时就可以到达。”
“另外我们的风洞试验装置可以实现试验时间长达100ms,而对比日本的2ms,美国的30-40ms,是整整高出一代的存在。”
PS:对比各国风洞的性能参数,JF12不仅仅是试验持续时长第一,而且单位时长能耗极低,试验段空间大(同级别可有两倍以上容量),吃的少体积大还跑的久,这放在什么场景里都是妥妥的顶级选手。
这么厉害的风洞,可以做什么呢?
师兄的解释稍微有点抽象,这里就直接给大家简单概括下:风洞主要就是为了获取真实物理条件下的不同外形不同材质物体的力学数据,这些数据,不仅可以进行各种研究,还可以提供给航天器材的设计者。这样,可以利用数据先直接进行原理性设计和模型实验,而后生产样机,再做少量的飞行试验来定型,可以节省大量的人力和物力资源。
PS:美国人曾给出一个数据:对于飞行器的研制成本,如果把方案设计和初步设计阶段修改外形所需付出的成本设为1的话,那么等到把它制造出来进行首次飞行后再进行外形修正,所需付出的代价则是30000!所以,我们不难理解,美国为什么会花10万个小时、2亿美金来进行航天飞机的风洞试验。因为这样的巨资不过是航天飞机总投资的1%而已!
在讲了JF12的各种技术和实验之后,师兄带我们走到了最后一张海报前,给我们介绍JF12获得的各种奖项,特别引人注意的是,JF12作为中国的高尖端设备,居然接收到了来自美国航空航天学会的奖项,足以证明其性能和成就是受到其它国家认可的,就连美国国防部也连续4年在其对中国的分析报告中提到了JF12对中国宇航领域的研发影响。
说到这里的时候,学长的自豪是无以言表的,我们也默默地为力学所给国家带来的贡献,为祖国的强大而骄傲。当我们惊叹于阅兵仪式中的国之利剑的时候,谁能想到它们的一些的基本气动数据,是来自于这看似不起眼的风洞实验呢?
高速列车动模型实验平台参观
看完了JF12激波风洞,我们在师兄的带领下,又马不停蹄地去了隔壁高速列车动模型实验平台,这个平台是属于流固耦合系统力学重点实验室,曾在2015年获得过国家的科学进步奖特等奖(京沪高速铁路工程整体获奖),在高铁气动外型、噪声、安全方面有许多突出贡献。
师兄说,这个实验平台主要是用来验证和分析不同动车设计方案的性能和数据,最后确定最佳的高铁动车设计方案;另外高速列车在交会和穿梭隧道的时候,都会产生非常大的气动压力或者阻力,如果不能提前实验分析并采取相关的应对方案,会对列车速度甚至列车安全产生很大的影响和威胁,所以这两方面也是平台的主要实验内容。
可能有同学会问,为什么高速列车实验不像隔壁JF12一样也利用风洞来进行实验呢,其实主要是因为风洞是通过实验气体在静止的物体模型周围流动而获取数据的,这种方式难以模拟高速列车特别关注的地面效应、明线交会、隧道通过和隧道会车等运行场景的情况。所以为了克服常规风洞的缺点,力学所针对高速列车研制的需求,专门发展出了这么一个大型双向动模型空气动力学实验平台。这个实验平台是世界上独一无二的高速列车动模型实验装置。它的研制成功,为我国高速列车空气动力学的基础研究和高速列车的研制奠定了必要的基础。
带领我们参观完模型实验平台之后,师兄很耐心地给大家解答了各种问题。师兄还透露说,马上过两年我们就会有新的激波风洞了,速度能达到10-20马赫!这当真是欲与天公试比高啊。我们开心地和师兄一起合了个影,最后大家目送师兄,匆匆走过那个不起眼的小门后面,回到了属于他的世界中去了。
感谢国科大MEM老师安排的这次参观活动,不仅让我们开拓了视野,学习了很多新知识,也让更加为祖国感到骄傲和自豪。希望我们以后也能像师兄以及其他众多为国家做出卓越贡献的老师和前辈们一样,为祖国的明天添砖加瓦,共同实现中华民族的伟大复兴!
(本文转载自中国社会科学院大学MEM ,如有侵权请电话联系13810995524)
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